高考物理总复习（重难点突破+题型探究）第五章第6课 实验 验证机械能守恒定律课件.ppt

第6课实验 验证机械能守恒定律 第三单元实验与探究 一 实验目的验证机械能守恒定律二 实验原理1 在只有重力做功的自由落体运动中 物体的重力势能和动能互相转化 但总的机械能保持不变 若物体某时刻瞬时速度为v 下落高度为h 则重力势能的减少量为mgh 动能的增加量为mv2 看它们在实验误差允许的范围内是否相等 若相等则验证了机械能守恒定律 2 计算打第n个点时速度的方法 测出第n个点与相邻前后点间的距离xn和xn 1 由公式vn 算出 如图所示 三 实验器材铁架台 含铁夹 打点计时器 学生电源 纸带 复写纸 导线 毫米刻度尺 重物 带纸带夹 四 实验步骤 一 仪器安装1 按图将检查 调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上 接好电路 二 打纸带和选纸带2 打纸带 将纸带的一端用夹子固定在重物上 另一端穿过打点计时器的限位孔用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方 先接通电源 后松开纸带 让重物带着纸带自由下落 更换纸带重复做3 5次实验 3 选纸带 分两种情况说明 1 应选点迹清晰 且1 2两点间距离小于或接近2mm的纸带 若1 2两点间的距离大于2mm 这是由于先释放纸带 后接通电源造成的 这样 第1个点就不是运动的起始点了 这样的纸带不能选 2 用 mg h验证时 由于重力势能的相对性 处理纸带时 应选择适当的点为基准点 这样纸带上打出的第1 2两点间的距离是否为2mm就无关紧要了 所以只要后面的点迹清晰就可选用 三 数据处理及验证4 数据处理 在起始点标上0 在以后各点依次标上1 2 3 用刻度尺测出对应的下落高度h1 h2 h3 利用公式vn 计算出点1 点2 点3 的瞬时速度v1 v2 v3 5 验证方法一 利用起始点和第n点计算 代入ghn和 如果在实验误差允许的条件下ghn 则机械能守恒定律是正确的 方法二 任取两点计算 1 任取两点a b测出hab 算出ghab 2 算出的值 3 若在实验误差允许的条件下ghab 则机械能守恒定律是正确的 方法三 图象法 从纸带上选取多个点 测量从第一点到其余各点的下落高度h 并计算各点速度的平方v2 然后以v2为纵轴 以h为横轴 根据实验数据给出v2 h图线 若在误差允许的范围内图象是一条过原点且斜率为g的直线 则验证了机械能守恒 五 注意事项1 安装打点计时器时要竖直架稳 使其两限位孔在同一竖直平面内以减少摩擦阻力 2 重物应选用质量大 体积小 密度大的材料 3 应先接通电源 让打点计时器正常工作后 再松开纸带让重物下落 4 纸带长度应选用60cm左右为宜 应选用点迹清晰的纸带进行测量 5 速度不能用vn gtn或vn 计算 因为只要认为加速度为g 机械能当然守恒 即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律 况且用vn gtn计算出的速度比实际值大 会得出机械能增加的结论 而因为摩擦阻力的影响 机械能应该减小 所以速度应从纸带上直接测量计算 同样的道理 重物下落的高度h 也只能用刻度尺直接测量 而不能用hn 计算得到 实验器材的选择及误差分析 例1 2013 广州模拟 用如图甲所示的装置 验证机械能守恒定律 1 下列物理量需要测量的是 通过计算得到的是 填写字母代号 a 重锤质量b 重力加速度c 重锤下落的高度d 与下落高度对应的重锤的瞬时速度 2 设重锤质量为m 打点计时器的打点周期为t 重力加速度为g 图乙是实验得到的一条纸带 a b c d e为相邻的连续点 根据测得的s1 s2 s3 s4写出重物由b点到d点势能减少量的表达式 动能增量的表达式 由于重锤下落时要克服阻力做功 所以该实验的动能增量总是 选填 大于 等于 或 小于 重力势能的减少量 解析 1 需要测量的物理量是重锤下落的高度 故选c 通过计算得到的量是重锤的瞬时速度 故选d 2 由b点到d点 h s3 s1故重力势能减少量 ep mg s3 s1 由于重锤下落时要克服阻力做功 故动能的增量总是小于重力势能的减少量 实验数据的处理 例2 2013 如皋统考 在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中 质量m 1 00kg的重物自由下落 打点计时器在纸带上打出一系列点 如图所示为选取的一条符合实验要求的纸带 o为第一个点 速度恰好为零 每两个计数点之间还有四个点未画出 选连续的3个计数点a b c作为测量的点 如图所示 经测量知道a b c各点到o点的距离分别为50 50cm 86 00cm 130 50cm 已知打点计时器每隔0 02s打一次点 当地的重力加速度g取9 80m s2 根据以上数据 可计算出打b点时的速度vb m s 重物由o点运动到b点 重力势能减少了 j 动能增加了 j 根据所测量的数据 还可以求出物体实际下落的加速度为 m s2 物体在从a到b下落的过程中所受到的平均阻力为 n 计算结果都要保留3位有效数字 该阻力的来源主要有 1 2 解析 由于每两个相邻计数点之间还有4个点没有画出 所以每两个相邻计数点之间的时间间隔为0 1s 同时可求得 根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度可得 即vb 4 00m s由o点运动到b点下落的距离为 sob 86 00cm 0 86m 重力势能减少了epb mgh 1 00 9 80 0 86j 8 43j 根据求得的b点速度可得重物由o点运动到b点动能增加了 由 x at2可求得纸带下落的加速度 根据牛顿第二定律得 mg f ma 从a到b下落的过程中所受到的平均阻力为f mg ma 1 00 9 80 1 00 9 0